автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.10, диссертация на тему:Совершенствование технологии очистки ствола скважины от шлама с целью предупреждения осложнений при разбуривании неустойчивых отложений

СГАВРОПОЛЬОШ ПО/МШХНИЧЕШШ ИНСШГУТ

для сллеьнога яользовага. Экз> Н26 На правах рукописи

АНДРИАНОВ Николай Игоревич

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ОЧЙСШ СТВОЛА СКВАЖИНЫ ОТ ШЛАМА С ЦЕЛЬЮ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ОСЛОЖНЕНИЙ ПРИ РАЗБУРИВАНИИ НЕУСТОЙЧИВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ

Специальность 05-15.10 - Бурение скважин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ставрополь - 1994

Работа выполнена в Северо-Кавказском государственной иг учио-исследовательском и проектном институте нефтяной промни ленности СевКавНИПИнефть•

Научный руководитель•

кандидат технических наук старший научный сотрудник Хуршудов В-и-

Официальные оппоненты:

доктср технических наук, профессор Рязанцев Н.ф.

кандидат технических наук доцент Воропаев К-А«

Ведущее предприятие:

СевКавКИПИгаз

Защита состоится " 28" 1994 г- в Ю час. ь.

заседании совета по защите диссертаций на соискание ученс степени кандидата наук в Ставропольской политехническом инс титуте К 064.11-04 по адресу: 35503В, г .Ставрополь, прасг.ек Кулакова, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ставрс польского политехнического института■

Автореферат разослан " 2т* " 1994 г.

Ученый секретарь совета,

кандидат геолсго-- и и к е р а л ог и ч е с!си х к ау к

В.А-Гридин

0БША51 ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одним из важных резервов повышения эффективности и качества строительства скважин является совершенствование процессов их промывки и очистки? особенно при разбуривании неустойчивых интервалов. Это позволяет избежать целого ряда осложнений* вызываемых накоплением шлама в стволах скважин, особенно в их кавернозной зоне! затяжек» посадок и подклинок бурильной колонны, закупорок кольцевого пространства- Зашламлекие также отрицательно влияет на качество крепления скважин, затрудняет проведение геофизических исследований.

Неснотря на постоянное совершенствование техники и технологии бурения? на борьбу с осложнениями указанного типа расходуется значительная часть календарного времени и материальных средств. Только по буровым предприятиям Пи "Грознефть" •за период 1986-1991 гг. осложнения! связанные с заилаилениен скважин? ежегодно составляли 13-■-26 процентов от общего числа осложканий? а на их ликвидацию соответственно тратилось 200...600 тыс*руб. (в ценах 1991 г.).

Неоправданное увеличение сроков строительства скважин в сложных горно-геологических условиях выдвинуло ряд задач по повышению Эффективности очистки скважин от шлама. К ним относятся" совершенствование способов оценки возникновения заш-ламлекности скважин с цель» своевременной бсрьбы с нем, разработка рациональной технологии очистки каверн от шлама, разработка эффективной технологии транспорта шлама по кольцевому пространству на дневную поверхность•

Анализ • существующих технологических приемов очистки кавернозных скважин от частиц горных пород свидетельствует, что их применение малоэффективно из-за отсутствия научно обоснованных методических разработок- Неоперативны к далеки от совершенства способы определения зашламленности скважин для сложных горно-геологических условий бурения. Ранее проведенные исследования в области промывки каверн носят преимущественно качественный характер и недостаточно учитывают многообразие условий в реальней скважине- Применявшаяся в бывшем

ПО 'Трсзнефть" (ИНХП ЧРИ) технология очистки стволов скважин от шлама прокачкой порций утяжеленного раствора предусматривала выбор плотности и объема дополнительного раствора только из условия предотвращения гидрсразрыва пород. А отсутствие научных разработок по гидротранспорту илака порциями дополни-телы-зого раствора не позволяла использовать потенциальные резервы и возможности этого способа.

Б свете изложенного задача совершенствования очистки скважин от шлака, особенно в кавернозной части, является весьма актуальней- Актуальность проблемы, решаемой в диссертационной работе, также подчеркивается ев соответствием целевой программе Российской Федерации '"Топливо и энергия"1 одобренной постановлением Правительства РФ от 6 декабри Г393 года Н 1265.

Цель работы« Предупреждение осложнений, при разбуривании неустойчивых отложений путем совершенствования технологии очистки ствола скважины от шлама прокачкой порций дополнительного бурового раствора»

Основные задачи исследования 1. Разработка оперативного метода диагностики степени зашлан-ленности ствола скважины на ранней стадии ее развития.

2- Экспериментальное исследование влияния основных геологических и технологических Факторов промывки на процесс выноса шлама из кавернозной части скважин-

3- Аналитическое исследование процесса гидротранспорта частиц шлама порциями дополнительного бурового раствора по стволу скважины различной конфигурации-

4. Совершенствование технологии очистки скважины от шлама прокачкой порций дополнительного раствора за счет выбора его оптимальных физико-механических характеристик• 5- Практическая реализация основных выводов и рекомендаций работы в промысловых условиях и определение их эффективности-Научная новизна. На основании анализа промысловых данных выявлены признаки возникновения и развития процесса зашлам-ления ствола скважины по аномальным изменениям давления нагнетания бурового раствора-

Создан усовершенствованный экспериментальный стенд для

изучении процесса выноса шлака из кавернозных скважин и разработана методика исследований! основанная на импульсном ввода частиц породы- Получена эмпирическая зависимость степекг выноса шлама из кавернозного ствола от параметра Рейнольде« для потока раствора в кольцевая пространствеi размера чзстш породы и эквивалентных диаметров каверны и кольцевого пространства для каверн разных форм« Установлены количественны* зависимости динамических углов откоса шламовых конусов s ка-нерпах с плоскими основаниями от размеров частиц и каверн, скорости восходящего потока раствора и его Физико-механкчес-ких характеристик. Уточнены значения статических углов откос; иламовых конусов в кавернах- Доказана возможность очистки каверн прокачкой порций утизеленного раствора•

Получены аналитические зависимости, описывающие продолжительность переходных процессов по времени и перемещени! частииы породы за этот период» возникающих от действия возмущающих факторов^ дискретного изменения плотности раствора ил! скорости потока.

Получены выражения, описывающие перемещение частииы породы по кольцевым пространствам различной конфигурации порциями утяжеленного раствора в зависимости от разности плотностей утяжеленного и рабочего растворов в пределах допустимоп увеличения давления на забой-

У с о в е р ш в н с т в о в в. н а т е х н о логия очистки скважины прокачке] порций дополнительного раствора за счет выбора физико-механических характеристик указанного раствора? обеспечивающих максимальный вынос шлака из каверн и его перенос по стволу скважины»

Практическая ценность. Предложен способ оперативкой ди агностики захламленности ствола скважины» позволяющий надеж» распознавать потенциально опасные ситуации на ранней стади их возникновения и развития-

Разработана технология очистки кавернозных стволов о частиц породы прокачкой порций дополнительного бурового раст вора, позволяющая! как предупреждать, так и ликвидировать ос ложнения 1 связанные с; зашламлением скважин-Основные положения, выносимые на защиту!

i■ Диагностические признаки возникновения зашламленнаст! ствола скважины.

2- Эмпирическая зависимость степени выноса шлака из кавернозной скважины от параметра Рейнольл.са потока раствора в кольцевом пространстве•

3. Математическая модель процесса гидротранспорта, частиц шлака порциями утяжеленного раствора по стволу скважины различной. конфигурации>

4. Методические оснсвы технологии очистки стволов скважин оч шлама прокачкой порций дополнительного бурового раствора с заданными Физико-механическими характеристиками.

Реализация работы в промышленности. Разработана и утверждена е М!-ШП ЧРИ "Инструкция по технологии очистки стволов скважин от шлака1'. Операции _по очистке? проведенные в 1С скважинах указанного Министерства, обеспечили снижение себестоимости проходки на 15<94 руб./и с экономическим зФФекток 16751 рубль на 2 операции (в ценах 1991 года).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной научно-технической конференции молодых .ученых и специалистов (г. Москва, 19ВВ г.), Краевой научно-технической конференции молодых ученых и специалистов (г. Краснодар, 1939 г.), отраслевой научно-технической конференции молодых ученых и специалистов (г■ Небит-Даг, 1989 г.).

Публикации- По материалам диссертации опубликована 7 печатных работ и получено 4 авторских свидетельства на изобретения ■

Объем диссертации- Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, основных выводов и рекомендаций, списка литературы, содержащего 90 наименований, и 6 приложений.

Работа изложена на 150 страницах машинописного текста и содержит 36 рисунков и В таблиц-

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбраннсй темы диссертации, изложены цель и задачи исследования и дана общая

характеристика работы-

В первой главе показано, что зашламление ствола скважины, особенно при наличии каверн в неустойчивой части вскрытого разреза, влечет за собой ряд нарушений нормального процесса бурения- аномальный рост давления нагнетания бурового раствора, необходимость длительных проработок и промывок, заклинки бурильного инструмента при вращении, затяжки, посадки и прихваты нередко с потерей циркуляции -

Анализ современной технической литературы, посвященной проблемам промывки скважин, свидетельствует, что, несмотря на высокую актуальность вопросу промывки каьерп уделялось относительно малое внимание как отечественными, так и зарубежными исследователями- Среди работ, выполненных в этом направлении, следует выделить экспериментальные и теоретические исследования следующих ученых: В-И-Вязельщикова, Д-11-Губермана, В.П.Деткоза, Б-И-Иванникова, Е-П-Ильясова, Е-В.Кагана, А-П-паслякова, А•П•Островского, И-П-Плахткриной, КЬИ-Теренть-ева, Н-И-Титова, А-А-фурканкка, Е-А-Хопккна, Н-Ё-Мевалдина, В-А-Шишова, И.Г«Юсупова и др-

В проведенных ранее исследованиях изучалась, в основном, качественная сторона процесса гидротранспорта шлама через кавернозную зону в зависимости от скорости восходящего потока, размера каверн и частиц породы, положения бурильной колонны в кольцевом пространстве- До настоящего времени не исследовалось влияние таких Факторов, как Форма каверн и Фмзико-меха-нические характеристики бурового раствора- Также не предпринимались попытки обработки полученных результатов с целью получения эмпирических зависимостей-

Все эта позволяет считать процесс промывки каверн от шлама недостаточно изученным, что вызывает необходимость проведения дальнейших исследований-

Произведенный в данной главе анализ технических средств и технологических приеисв очистки кавернозных скважин позволил сформулировать основные требования к ним: оперативность применения, независимость от глубины расположения каверн, отсутствие необходимости в спуске дополнительного оборудования, обеспечение не только вымыва шлама из каверн, но и его транс-

- а -

псртировку на поверхность. Указанный условием отвечает технология, заключающаяся в прокачке по кольцевому пространству порций дополнительного буревого раствора- Однако, применяемый в настоящее время вариант ее реализации требует совершенствования как в направлении повышения эффективности удаления частиц породы из скважины, так и в направлении повышения оперативности ее применения на ранней стадии зашламления, что требует разработки методов диагностики состояния ствола.

. В заключении главы сформулированы цель и задачи исследований»

Во второй главе приводится описание разработанного метода диагностики зашламления ствола скважины-

Обзор существующих способов оценки загрязнения скважин шлаиои показал, что теоретические методы разработаны с допущениями, делавшими их неприемлемыми на практике, а экспериментальные - неоперативны и дорогостоящи. Наиболее перепек-тивныки в этом направлении является способы, основанные на интерпретации параметров, регистрируемых станциями контроля технологии бурения- Однако, схожесть признаков зашламления и сальникообразования затрудняет диагностику состояния ствола-

На основании анализа ситуаций, предшествующих возникновений! закупорок кольцевого пространства шламом, на уровне изобретения был разработан способ определения заиламленности по интерпретации диаграмм давления на насосах- Реализация способа основана на учете характеристик изменений давления нагнетания бурового раствора-

Если скважина чиста - отрыв бурильного инструмента от забоя сопровождается закономерным уменьшением давления на насосах в результате развития отрицательных гидродинамических давлений в кольцевом пространстве. Если же при движении бурильного инструмента вверх давление не падает или растет -скважина зашлаилена-

Указаниое явление объясняется тем, что в отдельных интервалах, где скорость восходящего потока резко снижается, образуются "взвешенные" слои из частиц горных пород- Однако, увеличение давления на преодоление статического напора столба взвешенного материала малозаметно вследствие его хорошей про-

пускной способности • Уменьшение скорости восходящего патока при движении Бурильной колонны вверх приводит к уплотнении указанного слоя, в результате чего резко возрастают потери давления на его преодоление, отражамщиеся в росте давления на насосах.

В третьей главе приводится описание разработанного экспериментального оборудования и методика проведения исследований процесса выноса шлама из кавернозной части стала скважины-

Пель исследований - изучение процесса выноса шлама из кавернозной скважины в зависимости от размера частиц, скорости и платности циркулирующего агента, размера и формы каверн. Метод исследований - масштабное моделирование с визуализацией наблюдений.

С учетом этого в лаборатории технологии бурения в осложненных условиях СевКавНИПКнефти была создана стендовая установка, позволяющая изучать вынос шлака из каЕерн разных форм и разиеров (принципиальная схема стенда защищена авторским свидетельством)• Установка включает в себя следующие узлы: модель кольцевого пространства скважины, вертикальную стойку с револьверной головкой, на которой расположены модели каверн, извлекаемую модель бурильной колонны» устройство для ввода и улавливания шлама? блок емкостей! систему трубопроводов с запорной арматурой- Модель кольцевого пространства высотой 5,5 и выполнена разборной и вместе со стойкой смонтирована на трехэтажной эстакаде. Установка включает цилиндрические каверны диаметром 100, 150 и 200 мм с плоскими и конусообразными основаниями (угол наклона образующей конуса 45 градусов), объединенные в револьверную головку, расположенную на уровне второго этажа эстакады- Формы каверн для проведения исследований были избраны, как отражающие их реальные крайние очертания- Размеры модели ствола скважины номинального диаметра 56x25 им при длине 2 и- Расположение модели колонны в стволе коаксиальное- Возможность визуальных наблюдений обеспечена изготовлением наружных стенок каверны и части кольцевого пространства из стеклянных труб и применением прозрачных циркулирующих агентов - воды и водного раствора хлористого

кальцин плотностью 1140.-.1190 кг/>г>. Фактические размеры установки обеспечивали моделирование промывки скважины в линейном масытабе 1:3.

На установке осуществлялся замкнутый цикл циркуляции при подаче циркулирующего агента да 3,23 дм3/с- Использовавшийся в исследованиях шлам плотностью 2610 кг/й^был получен разбу-риванием плит мелового возраста и рассеян по Фракциям: 156.•.3; 3.--5! 5---10 мм- форма частиц в составе каждой фракции изменялась от пластинчатой до шарообразной• Методика проведения исследований базировалась на импульсном вводе частиц шлама в восходящий поток раствора ниже каверны. При этом основными варьируемыми показателями являлись I скорость восходящего потока Укп, диаметр каверн Окав и их Форма, размер

шлака ¿¡о, плотность р и вязкость М циркулирующего агента- Основными выходными переменными были: степень выноса шлама В в процентах, определяемая как отношение массы вынесенного шлама к массе введенного в поток раствора, динамический угол откоса шламового конуса в каверне, определяемый при циркуляции раствора, и статический угол сткоса шламового конуса- определяемый после прекращения циркуляции-

В ходе эксперимента фотографированием Фиксировались отдельные фазы, движения шламовых частиц в каверне.

В завершение опыта экспериментальна определялась скорость осаждения вынесенных из модели скважины частиц.

Планирование опытов проводилось по принципу построения полного Факторного эксперимента п варьированием на каждом уровне скорости восходящего потока-

Анализ экспериментальных данных проводился с помощью критериев подобия, полученных из уравнения Функциональной связи степени выкоса шлака со значащими параметрами:

Укп ( 0скв - с!т > р

<п

ш = Пекп -------------------; ( 1)

М

11сс ( Оскв - от)р

ш =-------------------

м.

ОСКВ - ЙТ

Ш =--------; < 3)

□а

Окав - ат

Ш - -----------, (4)

Оскв - ат

где Оскв и ат - диаметры моделей ствола скважины и бурильной колонны!

иос - скорость осаждения частицы шлама• Методика обработки результатов сводилась к следующим операциям

- вычисление средней скорости осаждения вынесенных в ходе эксперимента частиц шлама и ее оценка статистическими методами;

вычисление критериев подобия;

построение графиков зависимости степени выноса шлама и динамического угла откоса шламового конуса от скорости выходящего патока и параметра Райнсльдса для патока в кольцевом пространстве;

- поиск аппроксимирующей Функции зависимости степени выноса шлама от параметра Рейнольдса для потока в кольцевом пространстве ■

В четвертой главе проводится анализ результатов экспериментального исследования выноса шлама из кавернозных скважин-Установлено 1 что в кавернах с плоскими основаниями движение частиц породы происходит по следующим Фазан - образование шламового конуса (выноса частиц нет); рециркуляция шлама в каверне по схеме; подъем вдоль бурильной колонны, отброс к стенка, осаждение в конус, сползание в зону активной циркуляции (при этом выносятся частицы5 попавшие в верхнюю четверть каверны)5 осаждение шлама в ствол скважины после прекращения циркуляции (осаждение частиц, рециркулирующих в каверне, на

поверхность шламового конуса и5 собственно, оползание частиц в ствол до образования статического угла откоса). Движение частиц в кавернах с конусообразными основаниями отличается отсутствием аккумуляции шлама в застойной зоне и полным осаждением в ствол после прекращения циркуляции.

Анализ данных о значениях динамического угла откоса шламового конуса подтвердил его обратнопрспорциональнун! зависимость от скорости восходящего потока. При этом в области малых скоростей промывки указанная величина ассинптотически стремится к некоему пределу Cimax-Увеличение размера каверны и плотности циркулирующего раствора при прочих равных условиях приводит к уменьшении СЙин, в та время, как с ростом диаметра частиц СВи« увеличивается. Были также уточнены значения статических углов откоса шламовых конусов■

Визуальный анализ групп шлама, извлеченных после окончания эксперимента из каверны, ствола скважины, шлаиоулсвитела подтвердил наличие гидравлической сепарации частиц при промывке каверны. При этом размер и Форма частиц, оставшихся в каверне, носит вероятностный характер. 3 узких Фракциях выносимого шлама (1,6...3; 3---5 мм) наблюдается сепарация частиц по Форме. При небольших подачах выносится пластинчатый шлам, причем тонкость сепарации увеличивается с ростом диаметра каверны- "С увеличением подачи раствора начинают выноситься частицы шарообразной Формы- Для частиц широкой Фракции С 5---10 мм) к указанному процессу добавляется сепарация шлана по размерам ■

Результаты статистической обработки скоростей осаждения по каждой группе вынесенных частиц показали, что их распределение подчиняется нормальному закону с 10 ♦/, уровнем значимости- Это позволило использовать среднюю скорость осаждения для каждой группы частиц в качестве количественной характеристики- Было установлено, что между скоростью восходящего потока и скоростью осаждения шлама, выносимого из каверны, существует прямопропорциональная связь- При этом для гидротранспорта шлама через кавернозную зону требуется значительно больший запас скорости восходящего потока, увеличивающийся с размером каверн -

Влияние геолого-технологических Факторов на степень выноса шлама из кавернозной скважины было оценено следующим образов- Увеличение скорости восходящего потока и плотности раствора при прочих равных условиях влечет за собой увеличение выноса шлама. Увеличение же размера частиц и каверн привадит к уменьшению выноса шлама- Шарма каверн оказывала еле-, дующее влияние-" при высоких скоростях восходящего потока -вынос шлама больше в кавернах с конусообразными основаниями <это объясняется отсутствием в кавернах этой формы застойных зон с аккумулированными в них частицами). По мере снижения скорости восходящего потока указанное расхождение уменьшается вплоть до практического совпадения-

Обработка результатов эксперимента в критериальной Ферме позволила получить следующую зависимость для определения степени выноса шлама из кавернозной скважины:

~Ь(некп-йен) В = 100 (1 - е ) , (5)

где Ь - эмпирический коэффициент!

йен - абсиисса точки пересечения графика Функции с горизонтальной осью-

Численные значения входящих в уравнение (5) постоянных позволили оценить влияние Формы каверны на вынос шлама! при прочих равных условиях для каверн о плоскими основаниями значения Ь и Ее больше, чем для для каверн с конусообразными основаниями ■

Анализ полученного уравнения (5) также позволил сделать вывод о том 5 что с ростом вязкости циркулирующего раствора вынос шлама из кавернозной скважины уменьшается.

По уравнению (5) с применением полученных значений эмпирических коэффициентов были произведены расчеты необходимых скоростей восходящего патока и плотностей раствора для обеспечения задаваемых степеней выноса шлама. Анализ полученных результатов показал, что направление увеличения скорости восходящего раствора неприемлемо, так как требует обеспечения сверх Форсированного режима промывки. В то же время увеличе-

кие платности жидкости легка мажет быть достигнуто прокачкой дополнительных порций утяжеленного раствора•

В пятой главе рассматриваютск результаты аналитического исследования выноса шлака по кольцевому пространству порциями утяжеленного бурового раствора-

Задачами исследования являлись■ изучение продолжительности переходных процессов, возникающих в процессе транспортировки частицы порцией утяжеленного раствора! и изучение влияния Физико-механических характеристик порциии утяжеленного раствора на перемещение шламовой частицы-

При постановке первой задачи были приняты следующие допущения возмущающие Факторы (изменение плотности раствора, скорости восходящего потока) вводятся мгновенно о дискретным изменением соответствующей величины? частица сферической Формы до ввода возмущающего Фактора движется равномерна и нестесненно, скорость осаждения частицы списывается Формулой Риттингера <турбулентный режим движения)■

Решением дифференциального уравнения движения частицы шлама были получены выражения, описывающие абсолютную скорость движения и перемещение частицы в зависимости от времени, для следующих случаев:

- увеличение плотности циркулирующего раствора;

- уменьшение плотности циркулирующего раствора?

- уменьшение скорости восходящего потока?

- увеличение скорости восходящего потока.

При этом было установлена, чта скорости движения частиц находятся в зависимости от времени, описываемой гиперболическими Функциями (тангенс и котангенс). Так как указанные функции при увеличении аргумента стремятся к единице, переходный процесс можно считать конечным (с погрешностью 0,2 % в данном исследовании). В результате для каждого рассматриваемого случая были получены уравнения, описывающие продолжительность переходных процессов, как по времени, так и по перемещению частицы за этот период, в зависимости от величины возмущающего Фактора (разности плотностей утяжеленного и рабочего растворов и изменения скорости патока).

С использованием полученных выражений был произведен

численный эксперимент, позволивший оценить количественные характеристики процессов- Было установлено, что в практически применяемом диапазоне значений технологических параметров промывки скважин характеристики переходных процессов для рассмотренных случаев пренебрежимо малы- То есть движение частицы шлама можно считать установившимся с момента введения возмущающего Фактора.

Целью второй задачи было рассмотрение влияния разности плстнсотей утяжеленного и рабочего растворов на перенос шлака дополнительной порцией по стволу скважины в пределах допустимого увеличения давления на забой- Было выведено основное расчетное уравнение'

Укп

1 " С

а ь

рп

с! о (•

рбр+др

1)

Л Р

- 1 )

лр д

< 6)

где СС ~ коэффициент стеснения потока: к - коэффициент, зависящий от Формы шлама;дР - допустимый перепад давления; д ускорение свободного падения!ДР - разность плотностей утяжеленного и рабочего ,рбр растворов; рп - плотность шлама-

Полученное уравнение (6) было исследовано методами дифференциального исчисления в интервале ¡значений Ар СО', рп-рбр.1 для следующих случаев: частица выносится потокам рабочего бурового раствора, частица витает в патоке рабочего бурового раствора, частица осаждается в потоке рабочего бурового раствора -

Произведенные исследования показали * что для частиц, выносимых потоком рабочего раствора,существует некоторая разность плотностей А рЫп , при которой перенос частицы шлама порцией дополнительного раствора минимален; то есть существует возможность оптимизации процесса- Анализ направлений оптимизации показал следующее-"

Интервал СО? Дрппп] менее выгоден для оптимизации, так

... -

как он соответствует тенденции небольшого увеличении плотности ¿сего бурового раствора- находящегося в циркуляции, и не решает проблемы выноса шлаиа больших размеров-

Интервал Сдрялп; рп-р&рЗ более выг'оден для оптимизации, так как он соответствует тенденции увеличения переноса шлама всех размеров и решает задачу очистки каверн-

Шестая глава посвящена вопросам совершенствования технологии очистки стволов скважин от шлама методам прокачки порций дополнительного буровсго раствора- При зтсм использовались вывалы и рекомендации, полученные в экспериментальных и аналитических исследованиях -

Было показано, что оптимизация очистки скважины прокачкой порций утяжеленного раствора возможна по следующим направлениям :

- выбор плотности дополнительного бурового раствора, обеспечивающий очистку каверн от шлама и максимальный перенос частиц по игполу?

- прокачка серии порций утяжеленного раствора, обеспечивающая вынос частиц на поверхность -

Для применяемого в практике ведения буровых работ в КНХП Ч?й диапазона значений скоростей восходящего потока и плотностей раствора добиться очистки отвода скважины от шлама прокачкой единичной порции утяжеленного раствора невозможно-Поэтому выбор тнзпко-мехакических характеристик единичной порции должен производиться таким образом, чтобы она обеспечивала максимальный вынос частиц из каверн в обсаженную часть ствола скважины, где условия гидротранспорта шлама становятся стационарными- Задача же выноса частиц породы на поверхность решается прокачкой серии порций утяжеленного раствора, которые также дополнительна очищают кавернозный интервал- С учетом многоколонности конструкций скважин и комбинированнооти применяемых бурильных колонн была получена Формула для расчета минимально необходимого количества прокачиваемых порций по этому методу-

Для случаев, когда применение утяжеленного раствора в качестве дополнительного невозможна (высокая плотность рабочего раствора при малых градиентах гидроразрыва пород, что

характерно для зон с АВПД) был разработан технологический прием очистки, заключающийся в прокачке порций облегченного раствора (способ защищен авторским свидетельством). Положительный зФфект в этом случае заключается во внесении возмущений в режим движения потока в кольцевом пространстве, приводящих к усилению вентиляции и разрушении застойных зон с аккумулированным в них шламом. Вынос же частиц на поверхность осуществляет рабочий раствор большей плотности, двигающийся вслед за облегченным.

С целью широкой промысловой проверки и внедрения указанных способов была разработана и утверждена в ННХП ЧРИ "Инструкция по технологии очистки стволов скважин от шлама"■ В соответствии с этой технологией были проведены успешные операции на скважинах 12, 15 Ханкала, 6 йркабаш, 1 Джалка, 98, 131 Гойт-Корт, 1, 2 Еасс, 3 Белореченская, 135 Ястребиная.Экономический эффект от применения технологии в Октябрьском УБР (г.Грозный) составил 16751 рубль на 2 операции (в ценах 1991 г.)•

В приложениях приведены результаты экспериментального исследования выноса шлама из кавернозных скважин! программы обработки экспериментальных данных! "Инструкция по технологии счистки стволов скважин от шлама"! справка о внедрении! расчет экономической эффективности от применения технологии очистки стволоа скважины от шлама-

ВЫВОДЫ

1 ■ В работе содержится новое решение актуальной задачи предотвращения осложнений, вызванных накоплением шлама, особенно в кавернсзных зонах, заключающееся в оперативной диагностике состояния стволов скважин и использовании новых технологических приемов по интенсификации их очистки•

2. На основе анализа промысловых данных выявлены диагностические признаки возникновения зашламления скважины. Установлено, что отсутствие снижения или рост давления нагнетания бурового раствора при движении бурильной колонны снизу вверх свидетельствует о накоплении частиц горной породы в

стволе (а-с- М1555471) ■

3- Установлена возможность применения метода импульсного ввода шлама к экспериментальному изучении выноса частиц гарной парады из стволов кавернозных скважин, на базе чего создана усовершенствованная конструкция стендовой установки и разработана методика исследований (а-с.н16В95ВЗ).

4- Экспериментальными исследованиями подтверждено, что конечное количества шлака, вынесенного из кавернозной скважины, не зависит от продолжительности промывки- Увеличение дали оставшегося в скважине шлама, обусловленное его накоплением в застойных зонах каверн с плоскими основаниями и рециркуляцией в кавернах с конусообразными основаниями, происходит с уменьшением скорости потока, ere плотности и увеличением вязкости раствора, размера частиц и каверн-

5- На базе полученной Функциональной связи па экспериментальным данным разработана регрессионная критериальная зависимость степени выноса шлама из кавернозной скважины от параметра Рейнальдса потока раствора в кольцевом пространстве для частиц различного Фракционного состава и каверн различных размеров и форм•

6- Показана рациональность и практическая эффективность очистки кавернозных участков стволов скважин прокачкой порций утяжеленного раствора-

7- Сформулирована и теоретически решена задача а движении частицы шлама в патоке буревого раствора при воздействии возмущающих Факторов: дискретном изменении плотности раствора пли скорости потока. Установлено, что режим движения частицы можно считать установившимся с дискретным изменением абсолютной скорости выноса в момент ввода возмущающего фактора и сохранением этой скорости в течение времени действия возмущающего Фактора-

3. Сформулирована и теоретически решена задача о переносе шлама порциями утяжеленного раствора по кольцевому пространству с различными геометрическими характеристиками i. а-с-Ы17746ВБ) - Установлена, что в пределах безопасного увеличения давления в скважине для частицы, выносимой потекам рабочего раствора, существует характерное значение разности

... i9 _

плотностей утяжеленного и рабочего растворов, при которой расстояние переноса шлама минимально•

9. Разработаны методические основы выбора Физико-механических характеристик порций дополнительного раствора (а.с. N1873559), вошедшие в "Инструкции по технологии очистки стволов скважин от шлама"■

10- Применение разработанной технологии очистки стволов скважин от шлама в Октябрьском УБР (г-Грозный) обеспечила снижение себестоимости проходки на 15,94 руб/м с экономическим эффектом 16751 рубль на 2 операции (в ценах 1991 года).

Работы, опубликованные по теме диссертации:

1- Андрианов И-И- 0 механизме возникновения закупорок кольцевого пространства скважины при бурении в неустойчивых глинистых передах// Строительство нефтяных и газовых скважин! Тез- докл. Всесоюзной научн.-техн.конф.молодых ученых и специалистов, посвященной 70-летию ЕМСИ--Краснодар, 198S.-C.21-

2- Хуршудов В-А-, Андрианов H.H., Бочарова 3-Н-,Гаврилав В-М- Использование станций технологического контроля для объяснения причин зашламлеиности ствола скважины/УНеФтякое хозяйство- - 1939 --N11.-С-13-22.

3- Андрианов К-И. К вопросу о механизме возникновения закупорок кольцевого пространства скважины при бурении в неустойчивых породах:Сб.научи-тр./СевКавНИПИнеФть-~1939--Вып.51■

-L» UJ-

4- Андрианов К-И- К вопросу ранней диагностики захламленности ствола сква®ины.//Строительстзо нефтяных и газовых

скважин:Тез.докл. Краевой научн.-техн- конф. молодых ученых и специалистов --Краснодар,1989 --С■63.

5- А.с-1555471 СССР, МКИ^Е 21 В 47/06, 21/08- - Способ определения зашламлеиности ствола скважины / Б.А.Хуршудов, Н.И.Андрианов, З.Н.Бочарова (СССР).-N4423441/23-03; Заявл-10-05.БВ; Опубл. 07.04-90; БЮЛ-Н13,1990-

6- Андрианов К-И. Стенд для исследования процесса выноса шлама из каверн// Тез- докл. к XXI научи.-техн.конф.молодых ученых и специалистов.-Бугульма,1990 --С•35■

7- Андрианов Н-И- Оценка зашламлеиности отвала скважи-

мы.: Сё« наччн.тр>/СевКавНИПИнефтъ■-1991.-Вып.55.-С.60-66«

3« Андрианов Н-И-,Гражданкин В«М.,Мушаилов А. 11« Подгс товка исследований шдаианакоплеиия в скважине: Сб-научн.тру дов / СевКавНИПИнеФть•-1991«-Вып«55«-С«151-156.

9« А«с■ 16Е9 533 СССР, ЖИ^ 21 В 21/00« -Стенд для исс дедования процесса выкоса шлама в кавернозных скважинах Н.И.Андрианов, В«М-Гражданкин (СССР)•-Ы 4756943/03! Заявлен 09.11.39; Опубл. 07.11.91; Емд.ы 41, 199110« А-с -1774656 СССР, МКЙ*Е 21 В 21/00« - Способ очкстк ствола скважины от шлама / Н-И-Андриаков, В-А-Хуршудов А-М-Мушаидов 1 СССР).-N4363337/03; Заявл- 21-09.90; Непублику еное- _

И- А-с-1373559 СССР,. пКИ^Ё 21 Б 21/00- - Способ очистк ствола скважины / В-А-Хуршудов, Н-И.Андрианов, А.М.Иуигаило (СССР)•-N46528455/03\ Заявл. 20-02.39; Непубликуемое«